專利名稱：用于操作具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠的方法和具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于操作具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠的方法和具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電
背景技術(shù)：
從WO 2005/027301A1已知用于操作用于發(fā)電機(jī)的變頻器的方法。該方法涉 及具有變頻器的風(fēng)電廠，所述變頻器包含與發(fā)電機(jī)相連的變頻器以及與電網(wǎng)相連的變頻 器。在電網(wǎng)電壓顯著下降時(shí)，該方法規(guī)定所述變頻器之間的居間鏈路中的電壓降低，并 且電網(wǎng)側(cè)變頻器的輸出電流增加。此外，用于控制電網(wǎng)側(cè)變頻器的操作頻率可被降低， 以便增大電網(wǎng)側(cè)變頻器的輸出電流。從WO 2004/067958A1，已知一種用于風(fēng)電廠的發(fā)電機(jī)，包含用于經(jīng)受電網(wǎng)故 障的低壓控制。提供該控制以便把電能可靠地饋入電網(wǎng)中，其中，能量供應(yīng)公司的電網(wǎng) 規(guī)程(grid code)尤其應(yīng)該被納入考慮。這些要求被表示為“低壓穿越(low voltage ride through, LVRT)”，并要求如果在電網(wǎng)中出現(xiàn)了電壓降，則風(fēng)電廠應(yīng)繼續(xù)同步地饋入電 網(wǎng)。為了符合這些要求，建議當(dāng)出現(xiàn)電壓降時(shí)，改變一個(gè)或更多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(rotorblade) 的槳距角(pitch angle)。在過去，風(fēng)電廠的新的電網(wǎng)規(guī)程由能量供應(yīng)公司定義，特別強(qiáng)調(diào)這些風(fēng)電廠的 FRT ( “故障穿越”)特性。風(fēng)電廠的FRT特性表示該風(fēng)電廠不關(guān)閉或者斷路地經(jīng)歷電 網(wǎng)故障的能力。存在眾多不同的FRT變型，使得不得不一次又一次地調(diào)適(adapt)風(fēng)電 廠的控制。這不斷要求重新設(shè)計(jì)風(fēng)電廠的控制_特別是變頻器的控制_以及新控制方法 的開發(fā)。作為開發(fā)時(shí)間和新調(diào)適的控制的后續(xù)測試的結(jié)果，產(chǎn)生了延遲和花費(fèi)，與風(fēng)電 廠的靈活應(yīng)用沖突。從 I.Erlich 等人的“Integration of wind power into the Germanhigh voltage transmission grid”(在 Power Engineering SocietyGeneral Meeting 發(fā)表，2007, IEEE, 2007
年6月24日-2007年6月26日，第1到8頁)，已知風(fēng)電廠的雙饋異步機(jī)控制分別具有 各自的電學(xué)參數(shù)的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器和電網(wǎng)側(cè)變頻器，此外，從這個(gè)文檔知道，只有當(dāng)電網(wǎng) 電壓降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下時(shí)，才允許把異步機(jī)從電網(wǎng)斷開。

發(fā)明內(nèi)容
基于該問題，本發(fā)明旨在提供能夠很容易地適應(yīng)不同F(xiàn)RT要求的用于操作具有 雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠的方法和這樣的風(fēng)電廠。利用具有權(quán)利要求1的特征的方法解決所述問題。也利用具有權(quán)利要求18的特 征的風(fēng)電廠解決所述問題。本發(fā)明的有益方面由從屬權(quán)利要求限定。本發(fā)明用于操作具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠，所述風(fēng)電廠包含電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè) 變頻器。這些變頻器最好通過直流鏈路連接。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了控制這些變頻器的控制裝置。正常操作模式中的本發(fā)明方法包含由控制裝置利用命令變量控制風(fēng)電 廠的變頻器的步驟。根據(jù)本發(fā)明，在電網(wǎng)故障的情況下，變頻器由至少一個(gè)控制模塊控 制，其利用命令變量控制轉(zhuǎn)矩和/或有功功率以及無功電流和/或無功功率，以便只有當(dāng) 電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下時(shí)，才將執(zhí)行把所述異步機(jī)從網(wǎng)絡(luò)斷開。 根據(jù)本發(fā)明，電壓_時(shí)間-特性曲線的形狀在所述至少一個(gè)控制模塊中由多個(gè)可預(yù)先選擇 的參數(shù)確定。所述方法使用第一命令變量函數(shù)，其在故障情況下提供用于轉(zhuǎn)矩和/或有 功功率的命令變量。在故障情況下，第一命令變量函數(shù)允許提供用于一個(gè)或兩個(gè)變頻器 處的控制的命令變量。通過命令變量，在正常操作模式以及故障情況下執(zhí)行變頻器的控 制，以便對于變頻器來說，在其如何受到控制方面不存在結(jié)構(gòu)差異。本發(fā)明設(shè)定用于轉(zhuǎn) 矩和/或有功功率的第一命令變量函數(shù)包含至少兩個(gè)基本函數(shù)。在這些基本函數(shù)中，第 一基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列(progression)，而 第二基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列。在第一命令 變量函數(shù)的控制模塊的設(shè)計(jì)中，控制模塊被劃分為兩個(gè)基本函數(shù)，以便允許更容易地使 控制模塊適應(yīng)不同的FRT要求。根據(jù)本發(fā)明，還提供了第二命令變量函數(shù)，其提供了無 功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)。第二命令變量函數(shù)包含兩個(gè)基本函數(shù)，其第三基本函 數(shù)確定發(fā)生故障以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列，并且，其第四基本 函數(shù)確定故障結(jié)束以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列。在本發(fā)明方法中，除了以已知方式控制對電網(wǎng)的饋入的常規(guī)控制裝置以外，還 提供了至少兩個(gè)命令變量函數(shù)，其在故障情況下利用命令變量完全接管變頻器的控制， 以便符合電網(wǎng)規(guī)程的FRT要求。當(dāng)存在電網(wǎng)要求的變化時(shí)，風(fēng)電廠的這種模塊控制的益 處是從正常操作模式中的控制開始，不再需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)控制，而只需要使一個(gè)或 多個(gè)具有其基本函數(shù)的命令變量函數(shù)適應(yīng)故障的情況。因?yàn)殡妷篲時(shí)間_特性曲線能夠 被參數(shù)化，因此確保用于適應(yīng)不同的FRT要求的命令變量函數(shù)能夠通過參數(shù)的適當(dāng)選擇 被容易地調(diào)適?？偠灾?，使用能夠被參數(shù)化的模塊控制允許在參數(shù)化以后施加命令變 量函數(shù)而不干擾控制過程。以這種方式，能夠顯著地減少針對FRT要求的變化的開發(fā)時(shí) 間和所需切換時(shí)間。根據(jù)優(yōu)選方面，具有轉(zhuǎn)矩函數(shù)和/或功率函數(shù)的第一命令變量函數(shù)為發(fā)電機(jī)側(cè) 變頻器提供轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)和/或功率設(shè)置點(diǎn)。這個(gè)有益方面基于以下事實(shí)在電網(wǎng)規(guī)程的 FRT要求中，也定義了在電網(wǎng)故障期間和電網(wǎng)故障之后對風(fēng)電廠的有功功率產(chǎn)生(P)的要 求。對于有功功率(P)，簡單關(guān)系P = 2 31 · η · M成立，其中η是轉(zhuǎn)速，M是轉(zhuǎn)矩或者空氣隙轉(zhuǎn)矩。為了符合故障情況下可能的 給定有功功率要求，針對故障情況下對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩函數(shù)定義單獨(dú)的命令變量函數(shù)已證明有
■、Λ
frff. ο根據(jù)優(yōu)選方面，在故障情況下，第二命令變量函數(shù)給電網(wǎng)側(cè)變頻器提供轉(zhuǎn)矩和/ 或有功功率的設(shè)置點(diǎn)。在優(yōu)選方面中，電網(wǎng)電壓被測量，并且，如果電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的區(qū)別閾值以 下則檢測到故障。如果電網(wǎng)電壓下降了預(yù)定的絕對值，使得電網(wǎng)電壓達(dá)不到針對故障情 況的區(qū)別閾值，則控制裝置將檢測到故障。為了防止過早地發(fā)布故障情況，只有電網(wǎng)電壓降到閾值以下至少達(dá)到預(yù)定的持續(xù)時(shí)間才檢測到故障。預(yù)定的持續(xù)時(shí)間以及閾值的值 是可以取決于電網(wǎng)規(guī)程的要求在控制中設(shè)置的參數(shù)。根據(jù)替代方面，有可能如果轉(zhuǎn)子電流和/或居間鏈路電壓升到預(yù)定的閾值以上 則將檢測到電網(wǎng)故障。其中，轉(zhuǎn)子電流是流入轉(zhuǎn)子的電路中的電流。居間鏈路電壓是存 在于發(fā)電機(jī)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)變頻器之間的直流鏈路中的電壓。優(yōu)選地，第一基本函數(shù)在第一時(shí)間間隔中把轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)和/或有功功率設(shè)置點(diǎn) 減小到接近零的值，并且在第二后續(xù)時(shí)間間隔中，設(shè)置點(diǎn)被增大到預(yù)定的最小值。有益 地，所述最小值由控制模塊中的參數(shù)定義，以使其能夠很容易地被調(diào)適。優(yōu)選地 ，第一 基本函數(shù)的設(shè)置點(diǎn)取決于故障情況下呈現(xiàn)的電網(wǎng)電壓。在特別優(yōu)選的方面，取決于故障 存在于電網(wǎng)的所有相中還是只存在于一相或兩相中來選擇第一基本函數(shù)的設(shè)置點(diǎn)對電網(wǎng) 電壓的相關(guān)性和/或預(yù)定的最小值。即，關(guān)于第一基本函數(shù)的參數(shù)，區(qū)分是存在所謂的 對稱故障還是非對稱故障，其中，所有三相中的故障被表示為對稱故障，不影響電網(wǎng)的 所有相的故障被表示為非對稱故障。作為為了使用適于此目的的參數(shù)集合而額外區(qū)分對 稱和非對稱故障的結(jié)果，第一基本函數(shù)提供了較大范圍以便容易使控制模塊適應(yīng)不同的 FRT要求。只在故障結(jié)束以后確定轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)和/或有功功率設(shè)置點(diǎn)的第二基本函數(shù)在預(yù) 定的時(shí)間點(diǎn)開始，并從該時(shí)間點(diǎn)增大轉(zhuǎn)矩和/或功率的設(shè)置點(diǎn)，直到在預(yù)定的第二時(shí)間 點(diǎn)其再次對應(yīng)于額定功率和/或額定轉(zhuǎn)矩為止。對于第二基本函數(shù)，第一和第二時(shí)間點(diǎn) 最好也是可預(yù)先選擇的參數(shù)?？梢匀Q于先前故障的數(shù)量和/或持續(xù)時(shí)間，在控制模塊 中定義用于第一和第二時(shí)間點(diǎn)的參數(shù)。通過使用第一命令變量函數(shù)的兩個(gè)基本函數(shù)，能夠很容易地使轉(zhuǎn)矩和/或有功 功率設(shè)置點(diǎn)的控制模塊適應(yīng)不同的電壓_時(shí)間_特性曲線。在本發(fā)明方法特別優(yōu)選的方面中，用于無功電流的第二命令變量函數(shù)的值將取 決于額定電網(wǎng)電壓和故障期間的電網(wǎng)電壓之間的絕對差來確定。以這種方式確保風(fēng)電廠 將提供必要的貢獻(xiàn)以在故障情況下支持電網(wǎng)。此外，可以設(shè)定用于故障期間的無功電流 的最大設(shè)置點(diǎn)限于預(yù)定的最大值。通過使用第二命令變量函數(shù)的第三和第四基本函數(shù)， 也能夠使第二命令變量函數(shù)適應(yīng)不同的電壓_時(shí)間-特性曲線。根據(jù)本發(fā)明，也通過具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠解決所述問題，所述風(fēng)電廠包含 電網(wǎng)側(cè)變頻器、發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器和在正常操作模式中利用命令變量控制變頻器的控制裝 置。本發(fā)明的控制裝置包含故障檢測模塊，其在電網(wǎng)故障情況下觸發(fā)利用至少一個(gè)控制 模塊對變頻器的控制。所述至少一個(gè)控制模塊利用命令變量控制變頻器，使得只要電網(wǎng) 電壓不降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下就不發(fā)生把異步機(jī)從電網(wǎng)斷開。利用命令 變量，一方面轉(zhuǎn)矩和/或有功功率，另一方面無功電流和/或無功功率被提供給變頻器。 本發(fā)明風(fēng)電廠的控制由故障檢測模塊和至少一個(gè)控制模塊組成，以便對電網(wǎng)中的故障做 出反應(yīng)，其中，控制的模塊設(shè)計(jì)允許容易適應(yīng)不同的FRT要求。根據(jù)本發(fā)明，電壓-時(shí) 間-特性曲線的形狀由所述至少一個(gè)控制模塊中的可預(yù)先選擇的參數(shù)定義。以這種方 式，本發(fā)明風(fēng)電廠的模塊控制能夠很容易地根據(jù)電網(wǎng)操作者的FRT要求被重新參數(shù)化和 調(diào)整。第一和第二命令變量函數(shù)包含定義設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列的多個(gè)可預(yù)先選擇的參數(shù)。優(yōu)選地，本發(fā)明電廠包含受故障檢測模塊控制的開關(guān)，以便把變頻器從用于正常操作模式(例如電廠管理)的控制裝置斷開，并將其連接到控制模塊。優(yōu)選地，命令變量函數(shù)也被劃分為基本函數(shù)，其中之一確定故障期間的設(shè)置點(diǎn) (第一和第三基本函數(shù))，并且另一個(gè)確定故障以后的設(shè)置點(diǎn)(第二和第四基本函數(shù))。


下面更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1示出了用于雙饋異步機(jī)的模塊控制的本發(fā)明設(shè)計(jì)，圖2示出了雙饋異步機(jī)的常規(guī)控制，圖3示出了由參數(shù)定義的電壓_時(shí)間-特性曲線，圖4示出了故障情況下轉(zhuǎn)矩的軌跡，圖5示出了故障情況下轉(zhuǎn)矩軌跡的第一基本函數(shù)，圖6示出了故障情況下轉(zhuǎn)矩軌跡的第二基本函數(shù)，和圖7a到圖7c示出了在故障情況下電網(wǎng)電壓、無功電流和轉(zhuǎn)矩的軌跡。
具體實(shí)施例方式在風(fēng)電廠中，轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率被傳動(dòng)系傳遞到發(fā)電機(jī)，并在其中被轉(zhuǎn)換為電功 率。其中，發(fā)電機(jī)19通過兩個(gè)電路耦合到電網(wǎng)。定子電路10直接耦合到電網(wǎng)12。轉(zhuǎn) 子電路14通過變頻器16間接地耦合到電網(wǎng)。變頻器16的任務(wù)是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)19。一般 地說，能量從轉(zhuǎn)子的機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)流入電網(wǎng)。電網(wǎng)故障(例如電壓降)，作為發(fā)電機(jī) 連接到電網(wǎng)的結(jié)果，影響到風(fēng)電廠。因此，風(fēng)電廠的電網(wǎng)規(guī)程提供了用于經(jīng)受電網(wǎng)故障 而不關(guān)閉或從風(fēng)電廠的電網(wǎng)斷開的具體標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)電廠的這種行為也叫做“故障穿越(fault ride through, FRT) ”。作為風(fēng)電廠的主要部件的發(fā)電機(jī)19、變頻器16和傳動(dòng)系(未示出)被間接或者 直接地耦合到電網(wǎng)。取決于電網(wǎng)中的活動(dòng)，所述主要部件因而經(jīng)受機(jī)械負(fù)載。由于這些 原因，有必要針對故障情況分別定義FRT行為和風(fēng)電廠的控制，以便使風(fēng)電廠的機(jī)械和 電氣負(fù)載與電網(wǎng)規(guī)程的要求相符。在更詳細(xì)地描述本發(fā)明的風(fēng)電廠的控制之前，將利用圖2簡單地示出風(fēng)電廠的 常規(guī)控制。如較早提到的那樣，定子電路10直接耦合到電網(wǎng)12。轉(zhuǎn)子電路14也通過變 頻器16連接到電網(wǎng)12。變頻器16具有發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器18和電網(wǎng)側(cè)變頻器20。變頻器 18、20通過直流鏈路22相互連接。變頻器18、20中的每一個(gè)均受脈沖寬度調(diào)制24、26 控制，變頻器16的控制部分28給發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器18提供轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)和無功電流 的設(shè)置點(diǎn)Ib *。如果在下面提到轉(zhuǎn)矩M*，這可以總是由用于有功功率的設(shè)置點(diǎn)P*代替。而 且，無功電流Ib*總是可以由用于無功功率的設(shè)置點(diǎn)代替?？刂撇糠?8給電網(wǎng)側(cè)變頻器20提供無功電流的設(shè)置點(diǎn)Ib *。利用圖2中所示的控制，能夠分別單獨(dú)調(diào)整或者調(diào)節(jié)無功功率和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的 設(shè)置點(diǎn)M *和無功電流的設(shè)置點(diǎn)I/起到命令變量的作用，并且在變頻器16的控制部分28 內(nèi)產(chǎn)生。隨后產(chǎn)生與這些設(shè)置點(diǎn)對應(yīng)的脈沖形狀，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的三相電壓，引起在 發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生與該命令變量對應(yīng)的無功功率和轉(zhuǎn)矩。利用異步機(jī)在轉(zhuǎn)矩和無功功率方面的可控制性，建立起對FRT要求做出反應(yīng)的技術(shù)前提。由于對FRT控制提出的高實(shí)時(shí)要求，這些要求需要靠近過程被實(shí)現(xiàn)。針對這個(gè) 背景，直到目前FRT方法總是控制部分28的組成部分。在如圖1中所示的本發(fā)明控制中，出現(xiàn)了控制的另一種設(shè)計(jì)和另一種功能。為 了更好的概述，圖1中起到與根據(jù)圖2的常規(guī)控制相同功能的部件被給予相同的附圖標(biāo) 記。在本發(fā)明控制部分30中，在正常操作模式中，設(shè)置點(diǎn)M *和IbI皮作為命令變量施 加于控制部分30。在圖1中，控制裝置32被提供用于正常操作模式。可以從外部(未 示出)，例如由風(fēng)電廠的電廠管理給控制裝置32提供電廠管理的一般變量。利用控制器34、36、38把控制裝置32所確定的設(shè)置點(diǎn)M *和Ib *施加于變頻器 18，20，其中，控制變頻器所需的脈沖形狀也通過脈沖寬度調(diào)制24、26產(chǎn)生?？刂破?34、36和38執(zhí)行與轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值Maet和無功功率的實(shí)際值比較。為了確定實(shí)際 值，測量裝置39測量例如轉(zhuǎn)子電流和定子電壓。在轉(zhuǎn)換裝置41中，轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值Maet 和無功功率的實(shí)際值IBa。t的這些測量量被轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換取決于發(fā)電機(jī)(未示出)的轉(zhuǎn)動(dòng) 速度執(zhí)行。根據(jù)實(shí)際值和設(shè)置點(diǎn)之間的差確定用于控制器34到38的受控過程變量。用于轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)M*的受控過程變量被施加于發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器18，而用于無 功電流的設(shè)置點(diǎn)Ib *的受控過程變量被施加于變頻器18、20這兩者。在圖1中，提供故障檢測模塊40，其利用開關(guān)42把變頻器18、20從控制裝置 32的設(shè)置點(diǎn)斷開，并把它們連接到兩個(gè)控制模塊44、46。從圖1已經(jīng)很清楚，通過切換故障檢測模塊40，能夠使用與電網(wǎng)故障情況的特 定要求無關(guān)地工作的變頻器18、20的常規(guī)控制。只有在故障情況下，由開關(guān)42執(zhí)行切 換，并且控制模塊44、46接管控制裝置32的任務(wù)。在控制模塊中，控制模塊44被設(shè)計(jì) 為轉(zhuǎn)矩函數(shù)，即作為第一命令變量函數(shù)，其在故障情況下提供轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)M*?？刂颇?塊46被設(shè)計(jì)為電流函數(shù)，其在故障情況下提供無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)Ib *。在控制模塊44和46的每一個(gè)中，保存如圖3中所示例的電壓-時(shí)間-特性曲線 48。圖3的電壓-時(shí)間-特性曲線由可自由選擇的支持點(diǎn)52定義，支持點(diǎn)52在本例中 由直線連接。圖3中的電壓-時(shí)間-特性曲線描述了所謂的“電壓漏斗”，其中，電網(wǎng) 操作者的要求規(guī)定只要電網(wǎng)電壓大于電壓_時(shí)間-特性曲線48所描述的電壓，則要避免 把風(fēng)電廠從電網(wǎng)斷開。對于雙饋異步機(jī)，這意味著圖1的開關(guān)50必須保持閉合。電壓-時(shí)間-特性曲線48所給出的“電壓漏斗”的特征在于，即使考慮到非常 大量的電壓降，風(fēng)電廠在直到tl的非常短的時(shí)間間隔中也必須保持連接到電網(wǎng)。在從tl 到t2的第二時(shí)間間隔中，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓在電壓U2以下時(shí)，風(fēng)電廠才可以從電網(wǎng)斷開。 如果在從t2到t3的時(shí)間間隔中電網(wǎng)電壓不再次至少線性地增加到電壓U3，則電廠可以從 電網(wǎng)斷開。在后續(xù)的更長的時(shí)段中，如果電網(wǎng)電壓大于電壓U4，風(fēng)電廠必須連接到電網(wǎng) 工作。利用圖3中示例為十字的支持點(diǎn)52，能夠一般性地定義用于控制的電壓-時(shí)間-特 性曲線。例如，適當(dāng)?shù)闹С贮c(diǎn)可以把從tl到β的間隔中的電壓設(shè)置為由電網(wǎng)規(guī)程定義的 值。執(zhí)行控制模塊44和46的控制以確定設(shè)置點(diǎn)M *和Ib *，使得風(fēng)電廠不從電網(wǎng)斷 開并且滿足電網(wǎng)操作者的具體要求。作為控制模塊44的轉(zhuǎn)矩函數(shù)53的第一命令變量函數(shù)的序列在圖4中作為例子示出。在第一時(shí)間間隔tB中——在該時(shí)間間隔的開始處發(fā)生電網(wǎng)故障——轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)被 設(shè)置為零。在第二時(shí)間間隔。中，轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)被設(shè)置為額定轉(zhuǎn)矩的大約40%。在從 大約2.5秒到2.7秒的后續(xù)時(shí)間間隔中，為零的轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)被再次施加于發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器 18。在后續(xù)的時(shí)間間隔中，發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器18的設(shè)置點(diǎn)被再次增加到轉(zhuǎn)矩的額定值，大 致遵循e函數(shù)的軌跡。圖4所示的轉(zhuǎn)矩函數(shù)取決于如圖3中電壓-時(shí)間-特性曲線中所 示的FRT要求。為了在控制模塊中更好地說明圖4的轉(zhuǎn)矩函數(shù)，轉(zhuǎn)矩函數(shù)被劃分為兩個(gè) 基本函數(shù)。圖5示出了描述故障發(fā)生以后轉(zhuǎn)矩55的軌跡的第一基本函數(shù)。第一基本函數(shù)確 定轉(zhuǎn)矩首先降低到零值，其中，圖5中的電網(wǎng)故障在t= 1秒的時(shí)間點(diǎn)處出現(xiàn)。在大約 0.3秒以后，轉(zhuǎn)矩的設(shè)置點(diǎn)被增加到額定轉(zhuǎn)矩的大約40%的值。這個(gè)值被保存在控制模塊 中，并且可以被參數(shù)化。圖6示出了作為發(fā)生故障以后的轉(zhuǎn)矩函數(shù)的第二命令變量函數(shù)的序列。參照故 障的發(fā)生，在大約1.7秒以后，執(zhí)行轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)到額定功率的拋物線增加。當(dāng)根據(jù)圖5 和圖6的第一和第二基本函數(shù)被相互組合時(shí)，能夠在故障情況下通過作為控制模塊44的 第一命令變量函數(shù)的轉(zhuǎn)矩函數(shù)控制轉(zhuǎn)矩，以便分別避免從電網(wǎng)斷開并符合電網(wǎng)操作者的 具體要求。作為用于無功電流的電流函數(shù)的第二命令變量函數(shù)被劃分為參數(shù)化的基本函 數(shù)，它們可以被參數(shù)化，并對應(yīng)于FRT要求相互組合，象第一命令變量函數(shù)一樣。圖7a到圖7c示出了故障情況下風(fēng)電廠的總體行為。在圖7a中描繪了電網(wǎng)電 壓54，在t = 1秒時(shí)間點(diǎn)下降了 0.375秒持續(xù)時(shí)間，到達(dá)電網(wǎng)電壓的15%的值。在圖7b 中，清楚地可見風(fēng)電廠的轉(zhuǎn)矩56在發(fā)生故障后直接降低到零，并在大約0.3秒以后再次 增加。隨著降低的電網(wǎng)電壓的結(jié)束，風(fēng)電廠的轉(zhuǎn)矩再次降低到零，以便在定義的時(shí)間段 以后再次增加到額定轉(zhuǎn)矩。在故障發(fā)生以后大約4秒，風(fēng)電廠再次達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩。無功 電流的饋入隨著故障的發(fā)生直接開始。在起初被降低的轉(zhuǎn)矩再次增加的時(shí)間間隔中，為 了補(bǔ)償饋入了增大的無功電流58，其隨著故障的結(jié)束再次降低。
權(quán)利要求
1.一種用于操作具有雙饋異步機(jī)、電網(wǎng)側(cè)變頻器和發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器的風(fēng)電廠的方 法，所述電網(wǎng)側(cè)變頻器和發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器都受控制裝置控制，所述方法包含下列步驟在正常操作模式中，所述變頻器由控制裝置利用用于正常操作模式的命令變量控制，在電網(wǎng)故障的情況下，所述變頻器受至少一個(gè)控制模塊控制，該控制模塊利用命令 變量來ω控制轉(zhuǎn)矩和/或有功功率以及(ω控制無功電流和/或無功功率，使得只有當(dāng) 電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下時(shí)，才執(zhí)行把所述異步機(jī)從電網(wǎng)斷開，其 中，電壓-時(shí)間-特性曲線的形狀由所述至少一個(gè)控制模塊中的多個(gè)可預(yù)先選擇的參數(shù)配 置，其中，提供至少一個(gè)第一命令變量函數(shù)，該第一命令變量函數(shù)在故障情況下提供用 于轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的命令變量并且包含至少兩個(gè)基本函數(shù)，其第一基本函數(shù)確定發(fā) 生故障以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)，并且其第二基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后轉(zhuǎn)矩 和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)，并且其中，提供用于無功電流和/或無功功率的至少一個(gè)第二 命令變量函數(shù)，該第二命令變量函數(shù)在故障情況下提供用于控制至少一個(gè)變頻器的命令 變量并且包含至少兩個(gè)基本函數(shù)，其第三基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后無功功率和/或無 功電流的設(shè)置點(diǎn)，并且其第四基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在故障情況下，根據(jù)第一命令變量函數(shù)控制 發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在故障情況下，根據(jù)第二命令變量函數(shù) 控制電網(wǎng)側(cè)變頻器和/或發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器。
4.如權(quán)利要求1到3中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于電網(wǎng)電壓被測量，并且如 果電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的區(qū)別閾值以下則檢測到故障。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于只有在電網(wǎng)電壓降到區(qū)別閾值以下至少達(dá)到 預(yù)定的持續(xù)時(shí)間的情況下才檢測到故障。
6.如權(quán)利要求1到5中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，如果轉(zhuǎn)子電流和/或居 間鏈路電壓上升到預(yù)定的閾值以上，則檢測到故障。
7.如權(quán)利要求1到6中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，第一基本函數(shù)在第一時(shí) 間間隔中減小轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)和/或有功功率設(shè)置點(diǎn)，并且在第二時(shí)間間隔中把設(shè)置點(diǎn)增大 到預(yù)定的最小值，所述最小值分別小于或者等于風(fēng)電廠的額定功率或者額定轉(zhuǎn)矩。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于預(yù)定的最小值能夠被參數(shù)化。
9.如權(quán)利要求1到8中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，第一基本函數(shù)取決于在 故障情況下呈現(xiàn)的電網(wǎng)電壓提供轉(zhuǎn)矩設(shè)置點(diǎn)和/或有功功率設(shè)置點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，取決于故障存在于電網(wǎng)的所有相中 還是僅存在于一相或兩相中來選擇第一基本函數(shù)的預(yù)定最小值和/或?qū)﹄娋W(wǎng)電壓的相關(guān) 性。
11.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，第二基本函數(shù)在第一時(shí)間點(diǎn)開始增 大轉(zhuǎn)矩和/或功率的設(shè)置點(diǎn)，直到設(shè)置點(diǎn)在預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)于風(fēng)電廠的額定轉(zhuǎn)矩 和/或額定功率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第一和第二時(shí)間點(diǎn)能夠在控制模塊中被參數(shù)化。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，第一和第二時(shí)間點(diǎn)能夠取決于先 前故障的數(shù)量和/或持續(xù)時(shí)間在控制模塊中被參數(shù)化。
14.如權(quán)利要求1到13中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，如果額定電網(wǎng)電壓和 故障期間的電網(wǎng)電壓之間的絕對差大于預(yù)定的差值，則第二命令變量函數(shù)將提供無功電 流和/或無功功率的設(shè)置點(diǎn)的時(shí)間序列。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，取決于額定電網(wǎng)電壓和故障期間的電網(wǎng) 電壓之間的絕對差來確定用于無功電流的設(shè)置點(diǎn)的第二命令變量函數(shù)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，用于故障期間的無功功率的最大 設(shè)置點(diǎn)限于預(yù)定的最大值。
17.如權(quán)利要求14到16中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，取決于故障存在于 電網(wǎng)的所有相中還是只存在于一相或兩相中來選擇第二命令變量函數(shù)及其參數(shù)。
18.—種具有雙饋異步機(jī)的風(fēng)電廠，所述風(fēng)電廠包含電網(wǎng)側(cè)變頻器、發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器 和利用設(shè)置點(diǎn)來控制所述變頻器的控制裝置，其特征在于提供至少兩個(gè)控制模塊，其第一控制模塊提供用于在電網(wǎng)故障期間控制電網(wǎng)側(cè)和/ 或發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器的第一命令變量函數(shù)，其第二控制模塊提供用于在電網(wǎng)故障期間控制電網(wǎng)側(cè)和/或發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器的第二 命令變量函數(shù)，所述控制裝置包含觸發(fā)利用至少一個(gè)控制模塊對變頻器的控制的故障檢測模塊，其中，在控制模塊中保存電壓-時(shí)間-特性曲線，并且控制模塊控制變頻器，使得只 有當(dāng)電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下時(shí)才執(zhí)行把異步機(jī)從電網(wǎng)斷開，并且 每一個(gè)控制模塊包含定義電壓_時(shí)間-特性曲線和/或命令變量函數(shù)的形狀的多個(gè)可預(yù)先 選擇的參數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的風(fēng)電廠，其特征在于提供受故障檢測模塊控制的開關(guān)，所述 開關(guān)把變頻器從所述控制裝置斷開，并把變頻器連接到控制模塊。
20.如權(quán)利要求18或19所述的風(fēng)電廠，其特征在于，第一命令變量函數(shù)包含至少兩 個(gè)基本函數(shù)，其第一基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)，并且其 第二基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后轉(zhuǎn)矩和/或無功功率的設(shè)置點(diǎn)。
21.如權(quán)利要求18到20中的任何一個(gè)所述的風(fēng)電廠，其特征在于，第二命令變量函 數(shù)包含至少兩個(gè)基本函數(shù)，其第三基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后無功功率和/或無功電流 的設(shè)置點(diǎn)，并且其第四基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)。
全文摘要
一種用于操作具有雙饋異步機(jī)、電網(wǎng)側(cè)變頻器和發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器的風(fēng)電廠的方法，所述電網(wǎng)側(cè)變頻器和發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器都受控制裝置控制，所述方法包含下列步驟在正常操作模式中，所述變頻器由控制裝置利用用于正常操作模式的命令變量控制，在電網(wǎng)故障的情況下，變頻器受至少一個(gè)控制模塊控制，該控制模塊利用命令變量(i)控制轉(zhuǎn)矩和/或有功功率以及(ii)控制無功電流和/或無功功率，使得只有當(dāng)電網(wǎng)電壓降到預(yù)定的電壓-時(shí)間-特性曲線以下時(shí)，才執(zhí)行把所述異步機(jī)從電網(wǎng)斷開，其中，電壓-時(shí)間-特性曲線的形狀由所述至少一個(gè)控制模塊中的多個(gè)可預(yù)先選擇的參數(shù)配置，其中，提供至少一個(gè)第一命令變量函數(shù)，該第一命令變量函數(shù)在故障情況下提供用于轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的命令變量并且包含至少兩個(gè)基本函數(shù)，其第一基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)，并且其第二基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后轉(zhuǎn)矩和/或有功功率的設(shè)置點(diǎn)，并且其中，提供用于無功電流和/或無功功率的至少一個(gè)第二命令變量函數(shù)，該第二命令變量函數(shù)在故障情況下提供用手控制至少一個(gè)變頻器的命令變量并且包含至少兩個(gè)基本函數(shù)，其第三基本函數(shù)確定發(fā)生故障以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)，并且其第四基本函數(shù)確定故障結(jié)束以后無功功率和/或無功電流的設(shè)置點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P9/00GK102027671SQ200980117719
公開日2011年4月20日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
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